JP2005120211A - 廃棄物ガス化処理システム - Google Patents

Abstract

【課題】 簡単で且つ安価なエネルギーコストで純度の高い乾留ガスが得られる廃棄物ガス化処理システムを提供する。
【解決手段】 廃棄物を乾留処理して乾留ガスを生成する乾留炉を備えてなる廃棄物ガス化処理システムであって、前記乾留炉を流動床炉１で構成し、前記乾留ガスを燃料として過熱蒸気を生成する過熱装置４と、前記過熱装置４で生成された過熱蒸気を前記流動床炉１の流動媒体に供給して流動させるとともに、乾留熱源として前記廃棄物と接触可能に供給する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、廃棄物を乾留処理して乾留ガスを生成する乾留炉を備えてなる廃棄物ガス化処理システムに関する。

従来、廃棄物を乾留処理する乾留炉として流動床炉や竪型炉が用いられている。乾留処理に流動床炉を用いる場合、流動媒体である流動砂を流動させるため、炉の底部から理論空気比以下の空気を含有する加熱ガスを供給し、炉内で被乾留物を部分燃焼させて乾留温度を維持するように構成されていた。また、乾留処理に竪型炉を用いる場合、炉内に廃棄物とともにコークス等の化石燃料を投入し、化石燃料を低空気比で燃焼させることにより炉底部で廃棄物を溶融処理するとともにその燃焼熱を乾留熱源として利用して上方の廃棄物を乾留処理するように構成されていた。
特開平１０−３０６２８３号公報 特開平０５−１４９５２１号公報

しかし、上述した従来の流動床炉や竪型炉を用いた乾留処理では、廃棄物の乾留熱源として炉内で廃棄物を低空気比で部分燃焼させた燃焼熱を使用するものであったので、廃棄物から生成された乾留ガスの一部が燃焼に使われてしまうという点、必然的に生成された乾留ガスに窒素等の不活性ガス等が混入して、乾留ガスの純度の低下による発熱量の低下を招くという点で改良すべき点が多々あった。

しかも、流動床炉では、流動床を形成するために空気等のガスをコンプレッサー等により圧縮して供給する必要があるので、それだけ動力コストが嵩むという問題もあった。

本発明の目的は、上述の問題点に鑑み、簡単で且つ安価なエネルギーコストで純度の高い乾留ガスが得られる廃棄物ガス化処理システムを提供する点にある。

上述の目的を達成するため、本発明による廃棄物ガス化処理システムの第一の特徴構成は、特許請求の範囲の書類の請求項１に記載した通り、廃棄物を乾留処理して乾留ガスを生成する乾留炉を備えてなる廃棄物ガス化処理システムであって、前記乾留炉を流動床炉で構成し、前記乾留ガスを燃料として過熱蒸気を生成する過熱装置と、前記過熱装置で生成された過熱蒸気を前記流動床炉の流動媒体に供給して流動させるとともに、乾留熱源として前記廃棄物と接触可能に供給する点にある。

上述の構成によれば、高温高圧の過熱蒸気により流動床が形成され、且つ、廃棄物を燃焼させることなく直接加熱できるので、従来、流動床を形成するために必要であったコンプレッサーなどの外部動力源が不要となり操炉のためのエネルギーコストを低減させることが可能となる。さらに、乾留熱源を確保するために炉内で廃棄物を部分燃焼させる必要が無くなるので、廃棄物から生じる乾留ガスの全てを有効に活用できるようになる。しかも、生成される乾留ガスには空気の混入が無く容易に純度を高めることができるのである。

同第二の特徴構成は、同請求項２に記載した通り、廃棄物を乾留処理して乾留ガスを生成する乾留炉を備えてなる廃棄物ガス化処理システムであって、前記乾留炉を、内壁が多孔質隔壁で構成され、上部から廃棄物を投入し底部から残渣を取り出す竪型炉で構成し、前記乾留ガスを燃料として過熱蒸気を生成する過熱装置と、前記過熱装置で生成された過熱蒸気を乾留熱源として前記多孔質隔壁を介して炉内の廃棄物と接触可能に供給する点にある。

過熱蒸気が多孔質隔壁に形成された微小な経路を通過して炉内に供給され、炉内に投入された廃棄物を接触加熱することにより乾留処理されるので、従来の竪型炉のように炉内で廃棄物を部分燃焼させて乾留熱源とする必要が無く、廃棄物から生じる乾留ガスの全てを有効に活用できるようになるとともに、生成される乾留ガスには空気の混入が無く容易に純度を高めることができるのである。

同第三の特徴構成は、請求項３に記載した通り、上述の第二特徴構成に加えて、前記竪型炉は、前記多孔質隔壁の下方から過熱蒸気を供給する蒸気供給経路と、前記多孔質隔壁の上方から乾留ガスを取り出す乾留ガス取出し経路を設けて構成される点にある。

炉内に投入された廃棄物は、蒸気供給経路を介して多孔質隔壁の下方から供給される過熱蒸気により過熱されることにより順次乾留処理されて、生成された乾留ガスが蒸気とともに炉内を上昇して多孔質隔壁の上方から乾留ガス取出し経路を介して外部へ取り出される。このとき乾留ガスに混入して飛散する固形物の流出が多孔質隔壁により阻まれ、取り出された乾留ガスに固形不純物が混入することが効果的に防止できるので、その後の取り扱いが極めて容易となるのである。

同第四の特徴構成は、同請求項４に記載した通り、上述の第一特徴構成に加えて、前記多孔質隔壁の上方から過熱蒸気を炉内に供給するクリーニング機構を設けてある点にある。

上述したように、炉内で生成された乾留ガスが多孔質隔壁の上方から取り出されるときに、乾留ガスに混入して飛散する固形物が多孔質隔壁でフィルタリングされる結果、多孔質隔壁に目詰まりが生じる場合もある。そこで、定期的または不定期に、多孔質隔壁の上方から過熱蒸気を炉内に供給して逆洗するクリーニング機構を設けることにより、安定的に操炉できるのである。

同第五の特徴構成は、同請求項５に記載した通り、上述の第一から第四の特徴構成に加えて、前記乾留炉で生成された乾留ガスを冷却して水分及びタールを分離除去するガス冷却装置を備え、水分及びタールが除去された乾留ガスが前記過熱装置に供給される点にある。

過熱蒸気を熱源とする乾留処理で生成される乾留ガスには、熱分解ガスと廃棄物に含有している塩素成分が気化した腐食性ガスと蒸気等が含まれるが、ガス冷却装置で冷却処理されることにより蒸気やタール成分は凝縮して乾留ガスから分離除去され、このとき腐食性ガスも凝縮水側に溶解して除去されるので、クリーンで且つ熱量の高い燃料ガスとして再利用できるのである。

同第六の特徴構成は、同請求項６に記載した通り、上述の第一から第五の特徴構成に加えて、前記乾留ガスの燃焼熱で蒸気を生成する蒸気生成装置を備えてある点にある。

乾留ガスを燃料とする蒸気生成装置を設けることにより外部エネルギーによる蒸気生成が不要となり、それ自体独立した廃棄物ガス化処理システムが構築可能となる。

以上説明した通り、本発明によれば、簡単で且つ安価なエネルギーコストで純度の高い乾留ガスが得られる廃棄物ガス化処理システムを提供することができるようになった。

以下に本発明による廃棄物ガス化処理システムの第一の実施の形態を説明する。図１に示すように、廃棄物ガス化処理システムは、過熱蒸気Ｗにより廃棄物を熱分解して乾留ガスを生成する流動床炉１と、前記流動床炉１で生成された乾留ガスを冷却して水分とタールを分離除去する冷却装置２と、前記冷却装置２で精製された乾留ガスを燃料として蒸気を生成する蒸気生成装置３と、前記乾留ガスを燃料として過熱蒸気Ｗを生成する過熱装置４を備え、前記過熱装置４で過熱された過熱蒸気Ｗを前記流動床炉１の流動媒体に供給して流動させるとともに、乾留熱源として廃棄物と接触可能に供給するように構成される。

前記流動床炉１は、下部が上部より狭小に形成された竪型炉体１ａの底部に設けた散気装置１ｂから上方に噴出する過熱蒸気により、けい砂等を用いた流動媒体１ｃを流動させて流動床を形成し、破砕機（図示せず）等により流動可能な状態に前処理された都市ゴミや廃建材等の廃棄物が前記竪型炉体１ａの側壁に設けた廃棄物投入口１ｄから投入され、流動床の内部及び流動床の上方空間で過熱蒸気及び過熱蒸気により加熱された流動媒体１ｃにより約３５０℃から１０００℃に加熱されて、炭化水素、水素、蒸気等を成分とする乾留ガスに熱分解処理される。

前記流動床炉１で生じた熱分解残渣は、前記散気装置１ｂの中央部の流動媒体排出部１ｅから一部の流動媒体１ｃとともに排出され、磁気選別方式等を採用した第一選別機構５により金属成分が分離除去された後、分級方式を採用した第二選別機構６により流動媒体１ｃとチャー等を含む残渣に分離され、流動媒体１ｃは前記廃棄物投入口１ｄの下部に設けられた流動媒体投入口１ｆから循環投入される。

前記冷却装置２は、図２に示すように、上方から下方へ旋回しながらガスを通流させるガス流路２ａと、前記ガス流路２ａを覆う水冷ジャケット２ｂと、前記水冷ジャケット２ｂを循環する冷却媒体（水）を冷却する熱交換器２ｃを備えて構成され、ガス流入口２ｄから流入した約３５０℃から１０００℃の乾留ガスは、前記ガス流路２ａを旋回しながら下降する過程で冷却媒体により間接的に冷却され、ガスに含まれる蒸気成分やタール成分が凝縮して装置下部の貯留槽２ｅに貯留される一方、炭化水素や水素ガスがガス流出口２ｆから排出される。

また、乾留ガスに含まれる塩化水素等の腐食性ガスは、凝縮した水に溶解して除去される。前記貯留槽２ｅに貯留されたタール成分及び水の一部は上層から取り出されて燃料に使用され、水は底部から抜き出されてポンプ２ｇにより装置内で直接的にガスを冷却するために循環供給される。

前記蒸気生成装置３は、ガスエンジン３ａと、ガスエンジン３ａにより回転駆動されるタービンにより発電する発電機３ｂと、ガスエンジン３ａの高温排ガスにより蒸気を生成する熱交換器３ｃとを備えて構成してあり、ガスエンジン３ａのバーナ部３１には前記冷却装置２により精製された乾留ガスが燃料として供給されるように構成してある。

前記過熱装置４は、前記冷却装置２により精製された乾留ガスが燃料として供給されるバーナ部４ａと、バーナ部４ａによる燃焼熱により前記蒸気生成装置３で生成された飽和蒸気を過熱して約３００℃から１０００℃、１ａｔａから１００ａｔａの過熱蒸気Ｗを生成する熱交換部４ｂとで構成してあり、生成された過熱蒸気Ｗが上述した散気装置１ｂに供給される。

以上説明したように、本発明による廃棄物ガス化処理方法及びシステムによれば、高温高圧の過熱蒸気により流動床が形成され、且つ、廃棄物を燃焼させることなく直接加熱できるので、従来、流動床を形成するために必要であったコンプレッサーなどの外部動力源が不要となり操炉のためのエネルギーコストを低減させることが可能となる。さらに、乾留熱源を確保するために炉内で廃棄物を部分燃焼させる必要が無くなるので、廃棄物から生じる乾留ガスの全てを有効に活用できるようになる。しかも、生成される乾留ガスには空気の混入が無く容易に純度を高めることができるのである。

以下に本発明による廃棄物ガス化処理システムの第二の実施の形態を説明する。図３に示すように、廃棄物ガス化処理システムは、過熱蒸気Ｗにより廃棄物を熱分解して乾留ガスを生成する竪型炉７と、前記竪型炉７で生成された乾留ガスを冷却して水分とタールを分離除去する冷却装置２と、前記冷却装置２で精製された乾留ガスを燃料として蒸気を生成する蒸気生成装置３と、前記乾留ガスを燃料として過熱蒸気Ｗを生成する過熱装置４を備え、前記過熱装置４で過熱された過熱蒸気Ｗを乾留熱源として前記竪型炉７に装入された廃棄物と接触可能に供給するように構成される。

前記竪型炉７は、熱間静水圧加圧焼結法により平均通気孔径が数十ミクロンから数百ミクロン、通気孔率が２０％から４０％に形成された多孔質金属製の筒状の多孔質隔壁７ａでなる内筒とその内筒を覆う外筒７ｋで炉体が構成され、炉頂部に設けられた廃棄物ホッパ７ｈに投入された廃棄物が炉内の気密性を確保する二重ダンパ機構７ｉを介して炉内に装入され、乾留処理が施された残渣が炉底部に配置されたモータ７ｇにより回転駆動される切出羽根７ｆで構成される切出装置により排出口７ｊから排出されるように構成される。

前記多孔質隔壁７ａと外筒７ｋとの間に形成される空隙の上部領域を、前記多孔質隔壁７ａの上方から乾留ガスを取り出す乾留ガス取出し経路７ｃとして構成し、略中央部上方から底部に到る下部領域を、炉内に前記多孔質隔壁７ａを介して過熱蒸気を供給する蒸気供給経路７ｅとして構成してあり、前記過熱装置４で約３００℃から１０００℃、１ａｔａから１００ａｔａに過熱された過熱蒸気Ｗが蒸気供給口７ｄから前記蒸気供給経路７ｅに供給され前記多孔質隔壁７ａを介して炉内に供給され、炉内で生成された乾留ガスが前記多孔質隔壁７ａを介して乾留ガス取出し経路７ｃに取り出され乾留ガス排出経路７ｂから前記冷却装置２に供給される。炉内で過熱蒸気により過熱された廃棄物は水素ガスや炭化水素ガスなどの可燃性ガス成分に熱分解されて、前記乾留ガス排出経路７ｂから取り出され、炉底部に堆積するチャー等の固形炭素成分や無機成分等の乾留残渣は、炉底部に配置された切出装置７ｆ、７ｇにより排出口７ｊから排出される。ここで、前記冷却装置２の構造は、上述した図２と同様の構成である。

前記乾留ガス排出経路７ｂは、前記蒸気供給口７ｄから前記蒸気供給経路７ｅの内部に構成され、乾留ガスが前記冷却装置２に到るまでの経路内で冷却され、タールや蒸気が凝縮しないように保温されるように構成してある。

さらに、前記多孔質隔壁７ａの上方に形成された乾留ガス取出し経路７ｃから過熱蒸気を炉内に供給して前記多孔質隔壁７ａに形成された通気口を逆洗するクリーニング機構を設けてある。詳述すると、図４（ａ）に示すように、前記乾留ガス排出経路７ｂの終端側は、バルブ機構８ａを介して前記冷却装置２のガス流入口２ｄ（図３参照）と接続されるとともに、バルブ機構８ｂを介して蒸気供給口７ｄと接続されており、通常の乾留処理時にはバルブ機構８ａが開放されるとともにバルブ機構８ｂが閉塞されているが、クリーニング時にはバルブ機構８ａが閉塞されるとともにバルブ機構８ｂが開放されて、過熱蒸気が乾留ガス取出し経路７ｃに流入して前記多孔質隔壁７ａに形成された通気口を逆洗するように構成してある。尚、クリーニング時には、前記蒸気供給経路７ｅから乾留ガスを取り出して前記冷却装置２のガス流入口２ｄに通流するようにバルブ機構８ｃ、８ｄにより経路が切り替えられる。

クリーニング機構の具体構成は上述したものに限るものではなく、これ以外に図４（ｂ）に示すように、乾留ガス取出し経路７ｃを前記多孔質隔壁７ａの上下方向に複数に分割して、分割した経路毎に乾留ガス取り出し状態と過熱蒸気供給状態に切り替えるバルブ機構８ａ、８ｂを複数対設けて構成してもよい。この場合には、前記蒸気供給経路７ｅから常に過熱蒸気が供給される。更に他の経路切替機構を用いて構成してもよい。

前記多孔質金属は、熱間静水圧加圧焼結法以外の方法により製造されるものであってもよく、平均通気孔径や通気孔率も上述の範囲に限定されるものではない。

以下、他の実施形態を説明する。上述の実施形態では、蒸気生成装置３として、ガスエンジン３ａと、ガスエンジン３ａにより回転駆動されるタービンにより発電する発電機３ｂと、ガスエンジン３ａの高温排ガスにより蒸気を生成する熱交換器３ｃとを備えて構成したものを説明したが、蒸気生成装置としては、前記冷却装置２により精製された乾留ガスが燃料として供給されるボイラ装置で構成するものであってもよく、ボイラ装置で生成された蒸気により発電する発電装置を備えるものであってもよい。また、上述のガスエンジンとボイラの双方を備えるものであってもよい。さらに、蒸気生成装置３としては、ゴミ焼却プラントや溶融処理プラントに設けられた廃熱ボイラを用いて構成し、廃熱ボイラによる生成蒸気を上述した過熱装置４で過熱するように構成するものであってもよい。

上述した各実施形態は、本発明の一実施例を説明するものに過ぎず、本発明の作用効果を奏する限りにおいて適宜構成を変更することが可能である。

流動床炉を用いた廃棄物ガス化処理システムの説明図 冷却装置の説明図 竪型炉を用いた廃棄物ガス化処理システムの説明図 クリーニング機構の説明図

符号の説明

１：流動床炉
２：冷却装置
３：蒸気生成装置
４：過熱装置
７：竪型炉
８ａ〜８ｄ：バルブ機構

Claims (6)

1. 廃棄物を乾留処理して乾留ガスを生成する乾留炉を備えてなる廃棄物ガス化処理システムであって、
   前記乾留炉を流動床炉で構成し、前記乾留ガスを燃料として過熱蒸気を生成する過熱装置と、前記過熱装置で生成された過熱蒸気を前記流動床炉の流動媒体に供給して流動させるとともに、乾留熱源として前記廃棄物と接触可能に供給する廃棄物ガス化処理システム。
2. 廃棄物を乾留処理して乾留ガスを生成する乾留炉を備えてなる廃棄物ガス化処理システムであって、
   前記乾留炉を、内壁が多孔質隔壁で構成され、上部から廃棄物を投入し底部から残渣を取り出す竪型炉で構成し、前記乾留ガスを燃料として過熱蒸気を生成する過熱装置と、前記過熱装置で生成された過熱蒸気を乾留熱源として前記多孔質隔壁を介して炉内の廃棄物と接触可能に供給する廃棄物ガス化処理システム。
3. 前記竪型炉は、前記多孔質隔壁の下方から過熱蒸気を供給する蒸気供給経路と、前記多孔質隔壁の上方から乾留ガスを取り出す乾留ガス取出し経路を設けて構成される請求項２記載の廃棄物ガス化処理システム。
4. 前記多孔質隔壁の上方から過熱蒸気を炉内に供給するクリーニング機構を設けてある請求項３記載の廃棄物ガス化処理システム。
5. 前記乾留炉で生成された乾留ガスを冷却して水分及びタールを分離除去するガス冷却装置を備え、水分及びタールが除去された乾留ガスが前記過熱装置に供給される請求項１から４の何れかに記載の廃棄物ガス化処理システム。
6. 前記乾留ガスの燃焼熱で蒸気を生成する蒸気生成装置を備えてある請求項１から５の何れかに記載の廃棄物ガス化処理システム。

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